某空间相机反射镜的温度变形分析

在某空间光学系统一块反射镜的设计中,虽然采取了很多积极的措施来减小温度变化的影响,但由于能受到太阳直接照射,其空间热环境非常恶劣,因此仍需对其进行热变形分析。为此,对空间光学结构热分析的一般流程进行了讨论。对热变形分析过程中关键的温度场映射问题进行了研究,比较了两种温度场映射的方法。对于所研究的反射镜的热变形问题,选取了通过热传导分析建立温度场的方法进行了分析。分析结果表明,利用热传导建立温度场计算出来的镜面变形PV和RMS值的变化与实验结果是一致的,该方法具有普遍的适用性。     

肋化结构对两相受限式阵列射流冷却的影响

为了利用两相沸腾换热提高阵列射流冷却热沉性能,使其可以用于更高热流密度散热场景,基于肋化结构对相变换热的促进作用,本文提出了两种复合不同肋化表面的受限式阵列射流冷却热沉结构,并对优化后的热沉的传热、流动特性展开了相关实验研究。两种肋化表面结构分别为：光滑切割针肋（SL1）、外覆烧结多孔层的粗糙针肋（SL2）,针肋尺寸均为0.6mm×0.6mm×1mm（长×宽×高）,SL2中多孔层颗粒粒径为120~150μm,厚度约为2倍颗粒直径。分布式阵列射流孔板构成5×5的射流单元,每个单元对应4×4针肋阵列,热源总面积30mm×30mm,针肋共计400个。实验使用无水乙醇为工质,得到了热沉在工质流量2.6~12.7mL/s、入口温度283~313K范围时的沸腾曲线和传热曲线。结果表明,两种针肋结构均可以有效实现单相强迫对流换热向两相沸腾换热的转变;增加入口温度或降低工质流量均可以有效地促进相变的发生。在相同工质流量、温度时,SL1较SL2具有更优的单相换热性能,随着加热热流密度的增加,SL2可以在更低壁面过热度下达到沸腾起始点实现过冷沸腾,表现出更佳的传热特性,但SL1可以达到更高的临界热流密度。     

液滴通过圆形表面的格子Boltzmann模拟

为了探究液滴在通过圆形表面的运动过程中固体表面的润湿性对液滴运动的影响,基于S-C伪势模型的介观格子Boltzmann方法(LBM),课题组对重力场下液滴的运动过程进行了二维数值模拟,并考虑了气-液、液-固间的相互作用力与重力的影响。同时采用MATLAB软件图像处理中的边缘检测技术来提取液滴轮廓线,然后以多项式拟合的方法来获得液滴的接触角。计算结果表明:液滴的整体运动速度会随着接触角的增大而增大,而且都会经历一个相同的速度变化过程,同时在液滴下落的过程中存在一个临界接触角。该研究表明润湿性对液滴运动有显著的影响,其模拟结果对液滴动力学的仿真有一定的参考价值。     

低温回路热管技术研究

作为一种高效的两相传热装置,环路热管主要利用工质的气液相变实现热量的远距离传输,因此工质的性质及充装系数对其性能具有很大影响。主要对影响低温回路热管性能的几种关键因素(包括工质品质因数、充液率、重力等)进行了理论及实验研究,并对回路热管进行了优化。将脉管制冷机作为冷源,对其与回路热管进行了集成应用性能研究,为回路热管的空间应用奠定了理论及实验基础。     

地球同步轨道大型空间相机主动热控系统设计

大动态、高精度主动热控技术是高轨大型空间相机高性能、长寿命运行的核心关键。空间相机主动热控系统既要满足高精度测控温要求,又要实现小型化、集成化以降低资源和功耗需求。然而,传统以中央处理器（CPU）和数字信号处理器（DSP）为控制单元的架构难以满足高集成化的设计需要,且热控功率较大,需进行功率管理以满足整星能源要求。针对以上问题,面向地球同步轨道大型空间相机大动态、高精度的测控温需求,设计了以现场可编程门阵列（FPGA）为核心控制单元的主动热控系统,利用FPGA的高速并行处理能力和丰富接口资源,实现复杂空间相机高集成度高精度主动热控。设计了热控功率错峰功能,对加热片采用分时控制,动态实时检测热控功率,在保障相机关键部件控温精度的前提下,将热控功率限定在功率设定值。该系统已应用于地球同步轨道大型空间相机,对相机108路加热、138路测温和2个星上黑体进行高精度测控温,通过地面和在轨测试验证了主动热控系统设计的合理性和正确性。     

空间用多层绝热组件隔热特性的试验研究

多层绝热组件在高真空环境下具有超强的隔热性能,其优异的隔绝热辐射和热传导能力对红外光电设备可以起到高效的热保护作用,因此在航空航天上有着极其广泛的应用。主要测试了航天用双面镀铝聚酯薄膜多层绝热组件在高真空环境下的传热性能,为工程应用提供了具体的数据。     

重力场下通道内毛细上升过程的格子Boltzmann模拟

采用格子Boltzmann方法中Shan-Chen伪势模型对重力场下通道中液体毛细上升过程进行了数值模拟,得到其流场分布,分析了通道个数、通道宽度与通道放置角度对通道内液柱上升过程的影响。数值结果表明,不同个数的通道毛细抽吸的最终高度差异不大,但通道个数对每个通道内液体毛细上升过程有一定影响。在重力场下,通道内液体沿通道方向的毛细上升长度随着通道倾斜角度的增大而增大,液柱稳定的竖直高度先增大后减小。     

流动沸腾条件下微通道壁面温度的红外特征

设计并搭建了沸腾换热试验台,采用TH5104红外热像仪测量微通道壁面温度来研究混合制冷工质在微通道内的沸腾换热特性.测量试件是一外径为1.22 mm,内径为0.86 mm,长为200 mm的不锈钢单圆管.实验利用红外热像仪测量并记录下质量流量为1 726～8 635 kg/m2·s,热流密度为65～231 kW/m2时壁面温度的变化情况.实验分析和讨论结果显示:微通道壁面的温度分布沿着轴向变化有明显的规律性;水平微尺度通道内流动沸腾过程中,试件前后段有较大的温差效应,温差的正负与热流密度的大小有关;壁面温度的变化与热流密度、管内工质的流型和换热形式关系密切,流型越复杂,壁面温度变化越剧烈.     

固定工艺对多层隔热组件隔热性能的影响

为了优化固定工艺在航天应用过程中对多层隔热组件的漏热影响,通过加强实验的方法测试了3种不同的固定方式:尼龙搭扣固定、不锈钢螺钉固定和聚酰亚胺螺钉固定的多层隔热组件在高真空环境下的隔热性能。实验结果表明:在相同的实验条件下,尼龙搭扣固定的多层隔热组件的漏热量小于聚酰亚胺螺钉固定的多层隔热组件,而聚酰亚胺螺钉固定的多层隔热组件的系统漏热量小于不锈钢螺钉固定的多层隔热组件。     

气泡生长及脱离过程的格子玻尔兹曼模拟

为了研究气液相变过程中重力加速度、壁面温度以及成核点间距离对气泡生长及脱离的影响,课题组在ShanChen伪势格子Boltzmann模型的基础上,通过将密度分布函数与温度分布函数进行耦合求解的方式建立了气液相变模型。同时采用此模型计算得到了液滴内外压差与液滴半径倒数之间的关系,发现其符合Young-Laplace定律,从而验证了模型的正确性。进而利用此模型对气液相变现象中的气泡生长及脱离过程进行了二维数值模拟。结果表明:气泡脱离直径会随着重力加速度的增大而呈现出逐渐减小的规律,而且气泡生长及脱离的过程与文献结果甚为相符,此外将模拟得到的气泡脱离直径进行了非线性拟合,发现其结果与新的经验关系式吻合良好;同时较高的壁面温度会增大气泡断裂颈部与壁面之间的距离,而且壁面温度的升高会增大气泡的脱离直径;还发现随着成核点间距离的增加,气泡的脱离直径会呈现出先减小而后增大的趋势。